KOLFIBERFÖRSTÄRKNING – En jämförelse mellan kolfiberförstärkning och traditionella förstärkningsmetoder

Örebro universitet Örebro University

Institutionen för School of Science and Technology naturvetenskap och teknik SE-701 82 Örebro, Sweden

701 82 Örebro

Examensarbete 15 högskolepoäng

KOLFIBERFÖRSTÄRKNING

- En jämförelse mellan kolfiberförstärkning och traditionella förstärkningsmetoder Pär Bengtsson och Andreas Barbaranelli

Byggingenjörsprogrammet 180 högskolepoäng Örebro vårterminen 2017

Examinator: Mats Persson

CORBON FIBER REINFORCEMENT

Förord

Examensarbetet utfördes under den sista terminen på Byggingenjörsprogrammet vid Örebro Universitet.

Vi vill börja med att tacka Sika Sverige AB som gjort detta examensarbete möjligt. Detta för förseelse av kolfiberlaminat och företagets kunskap inom ämnet. Tack till vår handledare Anders Lindén, vid Örebro Universitet, för god uppmuntring och givande tips under hela arbetsgången. Vi vill även tacka Joakim Larsson, Joakim Lund-Petersen, Anton Jansson och Henrik Ueltzhöfer för hjälp med utförande av laborationer. Tack till Bo Westerberg, professor i betongbyggnad vid Kungliga Tekniska Högskolan, för en givande intervju och för nyttiga synpunkter. Ett stort tack till Ulf Nilsson, enhetschef på bro och anläggningsunderhåll på Ramböll AB, för en bra intervju och tillåtit oss att ta del av Rambölls broprojekt i Stockholm. Slutligen vill vi tacka Joakim Andersson, student vid Umeå Universitet, för hjälp med

korrekturläsning av rapporten och kommit med givande synpunkter. Örebro 2017

Andreas Barbaranelli Pär Bengtsson

Sammanfattning

Att en byggnadsdel kan vara i behov av en förstärkning är inte ovanligt i dagsläget. Det kan handla om ett bjälklag som kommer utsättas för mer last då verksamheten ändras från bostad till kontorslandskap. Alternativa lösningar till att förstärka en sådan konstruktion skulle antingen vara att införa stålbalkar och pelare eller gjuta på det befintliga bjälklaget. Det som få konstruktörer och entreprenörer tänker på är att en kolfiberlösning kan vara ett smidigare alternativ.

Examensarbetes syfte är att undersöka om kolfiberförstärkningar kan konkurrera med traditionella förstärkningsmetoder. Lyfta fram för-och nackdelar för samtliga

förstärkningsmetoder och väga dem mot varandra utifrån en beräkningssynpunkt och utförandemässigt. Metoder för att få en bra förståelse för hur kolfiber höjer

böjmomentkapaciteten är laboration med provtryckningar samt beräkningar på ett verkligt broprojekt. I båda fallen har kolfiberlösningen jämförts med traditionella lösningar. Arbetets resultat visar att kolfiberförstärkningar kan, i många fall, ersätta traditionella förstärkningsmetoder. Detta på grund av sin lätta vikt och höga draghållfasthet som gör det möjligt att på ett effektivt sätt höja böjmomentkapaciten hos byggnadsdelar. Enligt

laborationen gav kolfiberförstärkningen ungefär samma procentuella ökning i hållfasthet som en plattstålförstärkning.

Nyckelord: Kolfiber, betongkonstruktion, förstärkning, böjmomentkapacitet, epoxi, hållfasthet

Abstract

A building part could need a reinforcement. It could be a system of joists that are soon going to be loaded with heavier loads when business is changing from residence to an office. The alternate solution to reinforce that kind of construction would be with steel beams and columns or increase the height of the floor with more concrete. What few

constructors and contractors know are the solution with carbon fiber reinforcement could be a better alternative.

The purpose of the thesis is to study if carbon fiber reinforcement could compete with traditional reinforcement methods. From a calculating and a work-related perspective the project will underline the pro and cons with all of the reinforcement methods. To demonstrate how carbon fiber increase the bending moment capacity have lab and calculation of a real bridge project been executed. In both cases have a carbon fiber solution been compared with traditional reinforcement methods.

The result of the thesis shows that carbon fiber reinforcement could replace traditional

methods in many cases. The pros with the carbon fiber reinforcement is the light weight and high tensile strength that makes it possible, on an efficient way, increase the bending moment capacity in a building part. The thesis lab result shows that a carbon fiber reinforcement does have the same percentage increase in strength as a flat steel reinforcement.

Keywords: carbon fiber, concrete construction, reinforcement, bending moment capacity, epoxy

Innehållsförteckning

2.2 Forskning, entreprenörer och konkurrenter ... 4

2.3 Beskrivning av teknikområdet ... 4

3 METOD ... 5

3.1 Metoder för genomförande ... 5

3.1.1 Validitet och reliabilitet ... 5

3.1.2 Metodkritik ... 5 4 MATERIAL ... 7 4.1 Kolfiber ... 7 4.1.1 Epoxilim ... 8 4.2 Armerad betong ... 9 4.3 Stål ... 10

5 TVÄRSNITTSRESPONSEN I EN ARMERAD BETONG ... 11

5.1 Böjning ... 11 5.2 Tryck ... 13 6 BERÄKNINGSGÅNG ... 14 6.1 Kolfiberförstärkning ... 15 6.1.1 Överslagsberäkning ... 15 6.1.2 Överskådlig dimensionering ... 16 6.1.3 Detaljerad tvärsnittsanalys ... 17 6.1.4 Förankring av komposit ... 22 6.1.5 Fläkspänningar ... 25

6.1.6 Sika Carbodur FRP Design Software ... 26

6.2 Pågjutning ... 26 6.2.1 Skjuvspänningar... 26 6.2.2 Böjmomentkapaciteten ... 27 6.3 Stålförstärkning ... 28 6.3.1 Böjmomentkapaciteten ... 28 7 ARBETSUTFÖRANDE... 30 7.1 Kolfiberförstärkning ... 30 7.2 Pågjutning ... 32 7.3 Stålförstärkning ... 33

8 TEORETISKT FALL ... 35 8.1 Inledning ... 35 8.2 Bakgrund ... 35 8.3 Kolfiberförstärkning ... 36 8.3.1 Tillvägagångsätt för dimensionering ... 37 8.4 Pågjutning ... 38 8.4.1 Tillvägagångsätt för dimensionering ... 38 9 PRAKTISK LABORATION ... 39 9.1 Syfte ... 39 9.2 Första gjutning ... 39 9.2.1 Indata ... 39 9.2.2 Beskrivning av moment ... 40 9.3 Andra gjutning ... 41 9.3.1 Indata ... 41 9.3.2 Beskrivning av moment ... 42 9.4 Limning av förstärkningar ... 43 9.5 Teoretiska beräkningar ... 46 9.6 Trepunktsböj ... 46 10 RESULTAT ... 47 10.1 Beräkningsgång ... 47 10.1.1 Kolfiberförstärkning ... 47 10.1.2 Pågjutning ... 47 10.1.3 Stålförstärkning ... 47 10.2 Arbetsutförande ... 48 10.2.1 Kolfiber ... 48 10.2.2 Pågjutning ... 48 10.2.3 Stålförstärkning ... 48 10.3 Teoretiskt fall ... 49 10.3.1 Beräkning av kolfiber ... 49 10.3.2 Utförande av kolfiberförstärkning ... 49 10.3.3 Beräkning av pågjutning ... 49 10.3.4 Utförande av pågjutning ... 49 10.4 Praktisk laboration ... 50 10.4.1 Teoretiska beräkningar ... 50 10.4.2 Trepunktsböj ... 54 10.4.3 Jämförelse ... 62 11 DISKUSSION ... 65 11.1 Värdering av resultat ... 65 11.2 Fortsatt arbete ... 66 12 SLUTSATSER ... 67 13 REFERENSER ... 68

BILAGOR A: Intervjuer

B: Teoretiskt fall: Beräkningar

1

Inledning

1.1 Företaget

Sika Sverige AB grundades 1950 i Stockholm som dotterbolag till Sika AG, se figur 1.1 för företagets logga. Idag har företaget 110 anställda och omsatte omkring 632 miljoner svenska kronor år 2015. Företaget levererar specialkemikalier till byggindustrin i stora delar av världen. Tätning, limning, förstärkning, dämpning och skyddande av lastbärande konstruktioner är företagets primära områden. Sika Sverige AB har egen forskning och utvecklingscentrum i Spånga, Stockholm. Avdelningen på Sika som behandlar

kolfiberförstärkning är i dagens läge liten, dock har intresset för produkten ökat. [1]

1.2 Projektet

Detta examensarbete kommer att jämföra kolfiberförstärkning med traditionella metoder att förstärka bärande horisontella byggnadsverk. Projektet kommer analysera vilka brottstyper som uppstår vid olika förstärkningsmetoder samt utförandet och beräkningsgången för

samtliga alternativ. Fokus kommer ligga på kolfiberlösningar och endast överslagsberäkningar redovisas för andra förstärkningsmetoder.

Projektet har delats upp i fyra delar: • Beräkningsgång.

• Arbetsutförande. • Teoretiskt fall. • Praktisk laboration.

1.2.1 Syfte

Syftet med examensarbetet är att förmedla kunskap om kompositmaterialet kolfiber i förstärkningssyfte. Jämförelsen mellan kolfiberförstärkning och traditionella

förstärkningsmetoder av betong skall analyseras och demonstrera att kolfiberlösningar kan vara ett smartare alternativ i många fall.

I dagsläget används kolfiberkompositförstärkningar sparsamt men genom att lyfta fram kolfiberns fördelar och nackdelar är förhoppningen att kunskapen ska spridas, samt att kompositmaterialet skall få en chans att konkurra med de andra förstärkningsmetoderna.

1.2.2 Avgränsningar

Det som kommer studeras i detta arbete är olika förstärkningsmetoder av horisontella bärande betongkonstruktioner. Förstärkningsmetoder som tas upp i arbetet är:

- Kolfiberförstärkning - Pågjutning

- Stålförstärkningar.

Jämförelsen kommer att baseras utifrån fyra huvudpunkter: - Beräkningsmetod

- Arbetsutförande - Teoretiskt fall - Laboration

Punkter som kostnader, fuktkänslighet kommer inte tas upp i arbetet. Detta för att kunna analysera på djupet de valda aspekterna, då projektet omfattar 10 veckor. Endast horisontella bärande konstruktioner t.ex. balkar och plattor av betong kommer studeras. Andra bärande byggnadsverk som pelare, väggar m.m. kommer inte att tas upp i denna studie.

Förstärkningen på endast materialet betong kommer vara med i arbetet och inte andra

byggnadsmaterial som trä eller stål. Dimensioneringen av förstärkningsmaterialet kommer ske endast med hänsyn till böjning.

2

Bakgrund

Anläggningar och byggnader har en livslängd. Förr eller senare kommer konstruktionen att vara i sådant kritiskt skikt att det inte längre är säkert för det ändamål det används i. Att underhålla, reparera eller modernisera är ett måste för att bevara eller höja bärförmågan, estetiken, beständigheten eller funktionen. [2]

Att riva byggnader är mer svårmotiverat än att renovera. Utifrån en miljö och ekonomisk synvinkel är reparationer och uppgradering av byggnader att föredra jämfört med att riva och bygga nytt. Ekonomiska resurser är oftast begränsade och att renovera kan vara ett

gynnsammare alternativ vid sparande av byggnadsbudgeten. [2]

Miljöfrågan har kommit att bli en allt viktigare aspekt när det kommer till

byggnadskonstruktioner och dess livslängd. Genom att öka en konstruktions varaktighet kan användandet av naturresurser reduceras. Tiden på hur länge en anläggning eller byggnad kan vara i bruk är en faktor som numera ses även ur ett miljöperspektiv. Förstärka gamla bärande konstruktioner går oftast snabbare än att bygga nytt. [2]

Betongkonstruktioner förändrade den svenska byggmarknaden på 1950-talet. Armerade betongstommar valdes framför de traditionella trästommarna vilket gav en ökad hållfasthet. Betongens frammarsch på arbetsplatserna effektiviserade produktionen och fler bostadshus kunde byggas under kortare tid. [3]

En fördel med betong är dess beständighet. Med beständighet menas konstruktionens kapacitet att behålla egenskaper som är avsedda under bruksskedet. Enligt Eurocode 0 finns livslängdsklasserna L100, L50 och L20, vilket uppger anläggningens eller byggnadens livslängd med minst 100, 50 respektive 20 år. [4]

Att kunna bevara en betongkonstruktion kräver förstärkningar. Traditionella metoder som utförs för att förstärka betongkonstruktioner är pågjutning, ökning av mängd armering, plattstål som limmas eller bultas fast på betongytan, sprutbetong, efterspänning med spännkablar m.m. Det var på 1980-talet som Japan började använda sig av

kolfiberförstärkning av betong, då som ett skydd mot jordbävningar. I Sverige kom användningen av kolfiberförstärkning av betongelement i början på 1990-talet. [2]

Kolfiberförstärkning är en teknik som innebär att limma fast kolfiberkomposit med epoxilim på den konstruktionsdel som behöver förstärkas. Enligt Sika Sverige AB är användning av kolfiber som förstärkningsmetod på den svenska byggmarknaden inte så utspridd, dock stiger intresset kring ämnet. Bland konstruktörer anses tekniken vara kostsam samt omständlig ur en beräkningssynpunkt då det inte finns några normer eller standarder. Okunskapen angående materialet och det faktumet att byggsektorn är konservativ kan vara en av anledningarna till att det inte används i större utsträckning.

2.1 Problemet

Den svenska byggbranschen använder sig ofta av olika tekniker för att förstärka betongkonstruktioner, det handlar i synnerhet att förstärka med pågjutningar, stål-och armeringsförstärkning. Användning av dessa metoder är testade under en lång tid och det finns normer och standarder kring dessa förstärkningsmetoder. [5]

Kolfiberkomposit är ett material som har många fördelar när det kommer till att upprätthålla eller uppgradera betongkonstruktionens egenskaper. Materialet styrka ligger i sin lätta vikt i förhållande till hållfasthet och styvhet samt att materialet inte korroderar. Sika Sverige AB har en produkt som heter Sika Carbodur, nedanför visas i tabell 2.1 materialens karakteristiska värden. [6]

Konstruktörsfirmor i Sverige känner ofta till kolfiberförstärkning och att metoden går att använda. Kolfiberkompositen, CRFP, har inte riktigt fått något genomslag på byggmarknaden, detta grundar sig på två argument. Enligt Jim Lärnhem på Konkret Bygg AB finns få

byggentreprenörer, endast 6 stycken, som vet hur utförandet skall genomföras samt att konstruktionsfirmor tvekar på användandet då dimensioneringen inte har några normer eller standarder. Byggbranschen är en konservativ sektor där introducering av någonting relativt nytt och oprövat är svårt då det finns en stor okunskap kring materialet samt att första intrycket många gånger är de höga priskostnaderna.

Sika Carbodur typ S M H

Draghållfasthet, MPa 2800 2800 1350

Elasticitetsmodul, GPa 165 210 300

2.2 Forskning, entreprenörer och konkurrenter

Bo Westerberg är professor emeritus i betongbyggnad vid Kungliga Tekniska Högskolan, tidigare anställd på Tyréns AB, medlem i kommittén för svenska eurokodutbildningar och dessutom föreläsare inom ämnet. Förstärkning av betong med hjälp av kolfiber har varit en del av Professor Westerbergs karriär. Han har tillsammans med Sika Sverige AB tagit fram deras Dimensioneringshandbok.

Ulf Nilson, civilingenjör, enhetschef på bro och anläggningsunderhåll på Ramböll AB, jobbar med befintliga konstruktioner, förstärkning och tillståndsbedömning. Tidigare jobbat med nyproduktioner och doktorerat med Bo Westerberg som handledare

Jim Lärnhem driver tillsammans med sina bröder företaget Konkret Bygg AB vilket är ett relativt nystartat företag. Jim har jobbat heltid med kolfiberförstärkning sedan 2004 på ett annat företag och sedan 2014 startat Konkret Bygg AB. Kolfiberavdelningen arbetar över hela landet men har sin lokala kundkrets i Västsverige.

Björn Täljsten är professor vid Luleå Tekniska Universitet och är ett av de ledande språkrören till kolfibermaterialet. Professor Täljstens specialområden är tillståndsbedömning,

förstärkning av konstruktion samt kompositförstärkning är några av Täljstens expertområden. 2016 gav Björn Täljsten ut boken Kompositförstärkning av Betong tillsammans med Thomas Blanksvärd och Gabriel Sas som kommer att ligga som grund för beräkningsdelen i detta arbete. [2]

Sto Scandinavia AB är ett företag som utvecklar och producerar

Kolfiberförstärkningslösningar. Företaget är ett dotterbolag till den tyska koncernen Sto SE & Co. Björn Täljsten som nämns ovan är VD för Sto Scandinavia AB och har varit med att utveckla och tagit fram företagets dimensioneringshandbok. Denna skiljer sig något från Sika Sverige ABs. Detta beror på att deras produkt har andra egenskaper vilket medför andra metoder. [2]

2.3 Beskrivning av teknikområdet

Materialen som kommer att betraktas är kolfiberkomposit, stål och armerad betong. Vad som kommer presenteras är materialets struktur, hållfasthet, densitet och andra egenskaper som är relevanta ur ett förstärkningsmaterialsyfte. I vissa fall kommer även uppbyggnaden och framställning att beskrivas för att ge en klarare bild av materialen.

Beräkningsdelen i detta arbete kommer till stor del handla om materialets förmåga att förstärka och öka betongkonstruktioners hållfasthet. Denna del kommer demonstrera hur beräkningsgången går till och hur de olika materialen skiljer sig från varandra.

När det kommer till brott kommer fokus ligga på att analysera och redovisa materialens förmåga att förebygga brott.

Utförandet av förstärkningsmetoden har studerats. Detta genom egen praktisk laboration där arbetssätten utfördes på Örebro Universitets laborationsavdelning. Gjutning av betongbalkar,

provtryckning med trepunktsböj samt limning av epoxi är några av delmomenten i laborationen som utförts.

3

Metod

3.1 Metoder för genomförande

En fördjupad förståelse av kolfiber, genom olika studier av materialet, ligger till grund i arbetet för att ge en djupare förståelse kring för- och nackdelar med dess användning. Studielitteratur, vetenskapliga artiklar och forskningsmaterial samlades in och analyserades för att ge en förståelse av materialet och dess egenskaper. Beräkningsgången för

kolfiberförstärkningen har hämtats från Bo Westerbergs Dimensioneringsanvisningar från 2007 och Björn Täljstens bok Kompositförstärkning av betong från 2016.

Intervjuer med professionella yrkesmän insatta i ämnet har utförts för att få en vetenskaplig förståelse av materialet och hur det används på arbetsmarknaden. De intervjuade personerna är både konstruktörer och entreprenörer, vilket ger en bild ur båda gruppernas perspektiv i hur det är att arbeta med materialet.

Laborationer med provtryckning av förstärkta och oförstärkta betongbalkar har utförts för att få med den praktiska delen i arbetet. Utförandet av laborationen gav en helhetsbild i

beräkningsgång och arbetsutförande. Här gavs tillfälle att kunna beräkna de praktiska fallen och sedan kunna testa balkarna i en punktpress för att se om resultaten stämmer överens i verkligheten. Det gav även tillfälle till att få se hur epoxilimmet är att jobba med och hur det är att applicera det på betongytan.

Beräkningar på ett teoretiskt fall har genomförts. Detta för att förmedla beräkningsgången för en fullständig dimensionering av kolfiberkomposit. Genom att genomföra detta gav det förståelse om hur ett verkligt projekt kan utföras och hur en kolfiberlösning kan konkurrera med en pågjutningslösning.

3.1.1 Validitet och reliabilitet

Felkällor kan uppstå under laborationen då gjutning och pålimning av kolfiber skedde på egen hand. Blandningen av betongen kan inte anses vara 100 procent pålitlig då den mänskliga faktorn spelar in.

Beräkningarna utfördes för hand och med Sikas egna beräkningsprogram. Detta innebär att indatafel i programmet samt småfel kan uppstå under beräkningsgången. Eftersom det inte finns någon norm eller standard vid beräkning av kolfiber är felmarginalen större.

Personer som intervjuades ansågs ha en objektiv åsikt angående ämnet då de arbetar eller har arbetat åt företag som inte tjänar något på att sälja produkten.

3.1.2 Metodkritik

De åsikter och tankar de intervjuade deltagarna delade med sig av, under projektets gång, kan räknas som objektiva då ingen av dem har arbetat inom något företag där vinstintresse finns i att framhäva produkten. Bo Westerberg är f.d. konstruktör som har skrivit manualer och

böcker inom byggsektorn och anses vara en kunnig person inom ämnet. Ulf Nilsson,

enhetschef på bro och anläggningsunderhåll på Ramböll i Stockholm, har blivit korad till årets brobyggare 2015 och har även studerat kolfiberförstärkningar ingående.

Laborationerna är studiens svagare sida, då fler felkällor kan uppstå. Eftersom en del av arbetsmomenten aldrig tidigare utförts av studenterna kan reliabiliteten ifrågasättas.

4

Material

Enligt plan- och bygglagen [7] 8 kap. 4 § skall en byggnad konstrueras med en konstruktion som är lämplig för sitt ändamål. Egenskapskrav som ställs på en byggnad är bärförmåga, stadga och beständighet. För att uppnå dessa krav måste konstruktionsmaterialen väljas ut på ett sådant sätt att de är lämpliga för verksamheten samt de yttre påfrestningarna.

Alla byggnadsdelar som ingår i en konstruktion skall med god marginal hålla för tänkta belastningar. Bärande konstruktioner måste också kunna överföra laster till andra

byggnadsverk eller till grunden, detta för att säkerhetsställa en god stabilitet och en säker miljö för verksamheten som vistas i byggnaden. [4]

Stadgan för ett byggnadsverk relaterar till dess funktion vid normal användning.

Deformationer hos byggnadskonstruktioner får uppstå och kommer alltid att förekomma däremot får de inte överskrida vissa bestämda värden. Detta för att inte störa verksamheten, skada installationer eller annan fast utrustning. [4]

Begreppet beständighet syftar på byggnadskonstruktionens förmåga att bibehålla olika egenskaper under användningen. Livslängdperspektiv är en viktig faktor under

dimensioneringen, i Eurocode 0 anges 3 olika livslängdsklasser: L100, L50 och L20 vilka anger byggnadens förväntade livslängd. [4]

4.1 Kolfiber

Efterfrågan på materialet kolfiber ökar. Detta beror på sin lätta vikt och höga styvhet och hållfasthet. Kompositmaterialet har blivit ett smartare alternativ till stål och aluminium. Flyg och bilindustrin har varit i framkant av användandet av kolfiberkomposit, som i branschen har kallats för ”wonder material” [8]. Enligt Tomas Staaf på Sika har byggindustrin under 20 års tid inte sett potentialen med att bygga med materialet i större utsträckning men intresset har på senare tid vuxit.

Kolfiber är en oorganisk fiber bestående av långa, smala trådar med en diameter mellan 5–15 μm, varav 90 % av vikten är kol [2]. Fibern framställs genom en torrdestillation, en form av termisk nedbrytning, tillsammans med ett gynnsamt prekursor-fiber. Sammanställningen bidrar till mikroskopiska kristallstrukturer där atomerna är parallellt slutna i linje. Den

kristalliserade grupperingen i linje bidrar till kolfiberns styrka, där ordningen av strukturen av kristallerna medför högre styvhet. Tusental kolfibertrådar tvinnas ihop för att färdigställa materialet. Med sin uppbyggnad av grafiterat kol tillsammans med en torrdestillationprocess kan hög hållfasthet och styvhet framställas där två olika typer kan tas fram: HM-typ, hög E-modul, och MT-typ, hög brottöjning. [5]

Prekursor är benämningen på det råmaterial som nyttjas för att skapa kolfiber. 90 % av all kolfiber som produceras idag använder sig av prekursoret polyakrylnitril (PAN). PAN-fiber framställs genom våtspinning. Utsträckning av fibern, ger en hög grad av orientering i molekylkedjonerna, som vid en vanlig textilfiber. Kolfibern framställs senare genom tre steg av sträckning och värmebehandling:

Tabell 1. Egenskaper hos kolfiber [Kompositförstärkning] 2. Karbonisering

3. Grafitisering [5]

Detta är den bäst passande vid bärande byggnadsverk, men har ett högt pris. De resterande 10 % kommer från prekursor rayon eller petroleumbeck [8]. Tabell 4.1 nedanför visar tekniska egenskaper för kolfiberkompositen.

Kännetecken för kolfibers egenskaper: 1. Mycket hög specifik elasticitetsmodul 2. Mycket hög specifik hållfasthet

3. Hög termisk och elektisk ledningsförmåga 4. Goda utmattningsegenskaper

5. Låg längdutvidgningskoefficient 6. God röntgengenomsläpplighet 7. Högt pris [5]

4.1.1 Epoxilim

Epoxilim består av två komponenter. Komponenten epoxibindemedel blandas tillsammans med en härdande komponent. Epoxibindemedel är basen och tillsammans med härdaren förbinder de fibrerna och fördelar ut krafterna längs fiberriktningarna. Generellt sätt så

används aminiamid, polyamid och alifatiska aminer som härdare vid rumstemperaturhärdande lim. Vid högre temperaturer används dicyandiamid eller aromatiska aminer som härdare, då dessa har bättre förutsättning vid höga temperaturer. Fördelen med epoxilim är dess förmåga att uppnå god vidhäftningsförmåga mellan betongen och kolfiberlamellerna [9]. Epoxi är en härdplast som har mycket god vidhäftning mot andra material och bra mekaniska egenskaper i härdat tillstånd. Detta gör att den används vanligast som lim, gjutmassa och grundmaterial i kompositer. [5]

Sikadur -30 eller Sikadur -30 PL är Sika Sverige AB:s vanligaste rekommendation vid limning av kolfiberlameller, för normal rumstemperatur samt höga rumstemperaturer. [10, 11]. Det är vid kombinationen av epoxilimmet och kolfiberlamellerna som kompositmaterialet framställs. Det är ett grundmaterial som förstärkts med ett annat material, i detta fall är det kolfiber. Materialet fiberkomposit refereras som ett material med kontinuerliga fibrer. [5] Härdningen av limmet ska under de första 24 timmarna lämnas orörd samt undvikas att tillföra någon form av vibration. Kompositen får sin fulla styrka efter 6–7 dagar, dock uppnår

Material Densitet (kg/m3₎ Draghållfasthet (MPa) Elasticitetsmodul (GPa) Värme- utvidgnings- koefficient (10-6_/∘C) Kolfiber 1700–1900 1700–7000 50–800 -

epoxilimmets tillräckligt hög kvalitet under det första dygnet att verksamheten kan fortgå som vanligt [12]. Härdandet av limmet fungerar optimalt vid +5 till +25 grader Celsius. Vid

tillfällen där temperaturen sjunker under 5 grader Celsius bör limningen undvikas, detta för att härdandet av limmet påverkas och vid ±0 grader avstannar härdningen helt. Tillförd värme kan kringgå detta problem, förutsatt att man överskrider +5 grader Celsius. [2]

Problemet med epoxilimmet är dess påverkan vid exponering av hud. Vid direkt kontakt kan detta medföra en allergisk hudreaktion, irritation av hud samt orsaka allvarliga ögonskador. [10, 11]. Utbildningar är krav i samband med arbete med epoxilim vid yrkesmässigt utförda arbeten. Enligt arbetsmiljöverket [13] 37 e § krävs en utbildning för att kunna leda eller aktivt sysselsättas i ett arbete som innebär att man kan utsättas för epoxiplastkomponenter.

Kompositen påverkas vid höga temperaturer då epoxilimmet är uppbyggd av kemiska bindningar. När epoxilimmet blir utsatt för intensiv värme börjar bindningarna att röra på sig och bryts ner. Följden av detta blir att kompositen får dåligt motstånd mot brand. Därför är det viktigt att räkna bort kompositen som bärförmåga vid brand. Konstruktionen har krav på att klara olyckslast utan kolfiberförstärkningen. Brandkänsligheten förebyggs dock genom att konstruktionen förstärks i brottgränstillstånd. Epoxilimmet försämras redan vid +55 grader Celsius och skall därför skyddas om temperaturen stiger över detta. Sika Sverige AB använder/erbjuder ett skydd som heter promatect. Denna produkt skyddar komposit fastlimmade i bjälklag och på balkar [2, 14]. Figur 4.2 nedanför illustrerar hur promatect täcker kolfiberbandet.

4.2 Armerad betong

Det mest använda byggnadsmaterialet i Sverige är betong. Materialet används inom många områden av byggnadstekniken, detta då resistansen mot brand samt beständighet mot

Tabell 4.2. Karakteristiska hållfasthetsvärden för armering och betong. [2, 17, 18]

klimatpåverkan är bättre än för andra byggnadsmaterial. Fördel med betong är att blandningen kan anpassas efter kraven som ställs på konstruktionen [15].

De egenskaperna som behandlas i större grad vid dimensionering av en betong är

draghållfasthet och tryckhållfasthet. Dragkapaciteten är ungefär 10% av tryckhållfastheten hos en hårdnad betong. Detta innebär att en betongkonstruktion som skall kunna stå emot dragkrafter måste förses med tillräcklig mängd armering. [16]

En armerad betong fungerar som en samverkanskonstruktion då båda materialen samverkar för att uppnå högre hållfasthetsvärden. Funktionen hos armeringen är att överföra dragkrafter i konstruktionen, denna överföring uppnås genom vidhäftning. Genom att välja rätt betong och armeringsstänger kan en god vidhäftning uppnås, vilket minskar risken att

vidhäftningshållfastheten överskrids. I ett sådant fall där vidhäftningspåkänningarna

överstiger vidhäftningshållfastheten kommer ett förankringsbrott att uppstå [15]. I tabell 4.2 nedanför redovisas karakteristiska hållfasthetsvärden för armering och betong.

Material Densitet (kg/m3) Draghållfasthet (MPa) Tryckhållfasthet (MPa) Elasticitetsmodul (GPa) värme- utvidgnings- koefficient (10-6/∘C) Armering 7500 ca 550 210 10 Betong 2400 1,1–3,7 12–100 27–45 - 4.3 Stål

Stål är ett material med hög drag- och tryckhållfasthet, materialet förekommer ofta inom byggsektorn och konkurrerar med betong och trä. Anslutningar mellan olika ståldetaljer utförs med svets- och skruvförband. [19]

Nackdelarna med stål är att det har en svag beständighet mot brand och att det är känsligt mot korrosion vid otillräcklig behandling. [19]

I tabell 4.3 nedanför redovisas stålets nominella hållfasthetsvärden som varierar beroende på godstjocklek. 𝑓_𝑢 anger hållfastheten i brottgräns medans 𝑓_𝑦 i sträckgräns. Samma elasticitets- och skjuvmodul gäller för alla konstruktionsstål. [19]

Stålkvalitet Godstjocklek (mm) Densitet (kg/m3₎ 𝑓_𝑦 (MPa) 𝑓_𝑢 (MPa) Elasticitetsmodul (GPa) Skjuvmodul (GPa) S235 0 - 40 (40) - 80 7800 235 215 360 360 210 81 S275 0 – 40 (40) – 80 7800 275 255 430 410 210 81 S355 0 – 40 (40) – 80 7800 355 335 510 470 210 81

5

Tvärsnittsresponsen i en armerad betong

5.1 Böjning

En armerad betongbalk som utsätts för laster kommer på något sätt att deformeras. Arbetskurvan i figur 5.1 beskriver sambandet mellan spänning och töjning.

I ett armerat tvärsnitt är även sambandet mellan det böjande momentet och tvärsnittets krökning 1/r viktig. I alla tvärsnitt kommer töjningskraften påverka krökningen. Krökningen är deformationsparameten som beskriver vinkeländringen per längdenhet. [16]

Figur 5.2 ovanför visar tvärsnittet av en armerad betongbalk, i underkant av tvärsnittet verkar en dragkraft medans i övre delen en tryckkraft, dessa spänningar fås genom ett böjande moment som verkar på balken. Avståndet 𝑥 från överkanten av tvärsnittet indikerar lagret där töjningen är 0 och kallas för neutrala lagret. Den effektiva höjden, 𝑑, indikerar avståndet mellan underkantsarmeringen och överkanten. Bilden visar dessutom hur 𝜀_𝑐 (töjningen) fördelar sig över tvärsnittet. Viktigt att påpeka är att bilden förutsätter en fullständig samverkan mellan armering och omgivande betong. [16]

Följande formel redovisar tvärsnittets krökning med hänsyn antigen till betongtöjningen 𝜀𝑐𝑐 eller ståltöjningen 𝜀_𝑠. 1 𝑟= 𝜀𝑐𝑐 𝑥 = 𝜀𝑠 𝑑−𝑥 (5.1) Där: 𝑟 = krökningsradie [mm] 𝜀𝑐𝑐 = betongtöjning i överkant [‰] 𝜀_𝑠 = ståltöjning [‰] 𝑥 = tryckzonens höjd [mm] 𝑑 = effektiv höjd [mm]

Som tidigare nämnt kommer ett moment resultera i en deformation i tvärsnittet. Om momentet ökar successivt från 0 till att balken når brott kommer sprickor att bildas. Brottbeteende kan vara av olika typer så som segt brott respektive sprött brott. [16] I ett segt verkningssätt, som man kan se i figur 5.3a, börjar armeringen flyta relativt tidigt jämfört med när brottmomentet uppnås. Flytmomentet, 𝑀_𝑦, gör att styvheten i tvärsnittet minskar vilket leder till att krökningen ökar och momentet endast ökar till en viss grad. Momentkapaciteten 𝑀_𝑟 representerar den maximala bärförmågan för tvärsnittet där tryckzonen kollapsar. [16]

Figur 5.3b visar ett sprött verkningssätt där flyttillståndet i armeringen nås vid momentkapaciteten 𝑀_𝑟. Innan dess är responsen från stålet linjärelastisk.

Enligt Björn Engström [16] finns olika stadier som identifieras under böjprocessen vid ett tvärsnitt:

- Stadium I: osprucket tvärsnitt, linjärelastisk respons hos betong och armeringsstål - Stadium II: böjsprucket tvärsnitt, linjärelastisk respons hos betong och armeringsstål - Stadium III: något eller båda materialen har icke-linjär respons

- Brottgränstillstånd: tvärsnittet har nått sin maximala kapacitet 5.2 Tryck

Samverkan mellan armering och betong är viktigt att eftersträva även när det kommer till tryckbeständighet. Arbetskurvorna samt jämvikts- och deformationsvillkoren är det som bestämmer hur lasterna fördelar sig mellan järnet och betongen. [16]

När betongen uppnår sin maximala kapacitet att motstå trycket, dvs när elasticitetsgränsen är uppnådd, måste stålet kunna ta spänningstillskottet för att inte konstruktionen skall kollapsa. Denna övergång kallas för plastisk omlagring. Principen gäller även i en omvänd situation, dvs att stålet når sin flytgräns. Vid dimensionering skall inget av materialen nå

brottstukningen, alltså den maximala deformationsförmågan, innan hållfastheten hos det andra materialet har uppnåtts. [16]

Följande beräkningsgång har hämtats från Björn Engström [16]. Stukningen hos betongen d.v.s. elasticitetsgränsen beräknas enligt:

𝜀_{𝑐,𝑒𝑙} =0,6𝑓𝑐𝑘

𝐸𝑐𝑚 (5.2)

Där: 𝑓_𝑐𝑘 = karakteristisk tryckhållfasthet för betongen [MPa]

𝐸𝑐𝑚 = sekantmodulen för betongen [GPa]

Stukningen hos armeringsstålet förekommer när flytning uppnås. 𝜀_𝑠𝑦 =𝑓𝑦𝑘

𝐸𝑠𝑘 (5.3)

Där: 𝑓_𝑦𝑘 = karakteristik värde för stålet [MPa]

𝐸𝑠𝑘 = sekantmodulen för stålet [GPa]

Förutsatt att 𝜀_{𝑐,𝑒𝑙} < 𝜀_𝑠𝑦 så når tvärsnittet elasticitetsgränsen när betongen når sin. För att därefter beräkna den maximala tryckkraften för ett tvärsnitt används följande formler:

𝛼 = 𝐸𝑠

𝐸𝑐𝑚 (5.4)

Där 𝛼 är förhållandet mellan E-modulerna.

𝐴𝐼 = 𝐴𝑐 + (𝛼 − 1) ∙ 𝐴𝑠 (5.5)

Där 𝐴_𝐼 är den så kallade ekvivalenta betongarean för ett osprucket armerat tvärsnitt under stadium I. 𝐴𝑐 samt 𝐴𝑠 står för betongens area respektive armeringsarea.

𝑁𝑐,𝑒𝑙 = 𝜎𝑐 ∙ 𝐴𝐼 (5.6)

Där 𝑁_{𝑐,𝑒𝑙} är normalkraften och 𝜎_𝑐 spänningen i betongen som är 0,6𝑓_𝑐𝑘. Spänningen i armeringsstålet ges av följande formel:

𝜎𝑠 = 𝛼 ∙ 𝜎𝑐 (5.7)

I ett sådant fall där stukningen skulle vara större än 2,0 ∙ 10−3 _{fås armerinsstålets spänning} med följande formel:

𝜎_𝑠 = 𝐸_𝑠∙ 𝜀_𝑠 (5.8)

Till sist används jämviktsvillkoret:

𝑁_𝑢 = 𝑓_𝑐𝑘 ∙ (𝐴_𝑐− 𝐴_𝑠) + 𝜎_𝑠∙ 𝐴_𝑠 (5.9)

6

Beräkningsgång

Beräkningsgång följer Thomas Täljsten handbok för dimensionering [2] och Bo Westerbergs dimensioneringshandvisning [6].

6.1 Kolfiberförstärkning

Vid en skada i balk-konstruktionen bör den förstärkas. Förstärkningar med kompositer behöver inte alltid vara de lämpligaste. Att kolfiberförstärka en betong konstruktion med överskridande skador ger ingen vinning då kraften inte överförs till kompositen på ett gynnsamt sätt. [2]

Vid en bra samverkan mellan kolfiber och betong är fallet det motsatta då momentkapaciteten ökar. Kompositen som är limmad i den undre delen av balken beter sig i princip som ett extra armeringslager. Den linjärelastiska egenskapen hos kolfiberkompositen ger upphov till att mer last kan tas upp när armeringen nått sin flytgräns. [2]

Under dimensioneringsprocessen uppstår olika påkänningar i konstruktionen som avgör hur förstärkningen skall utformas. I fig. 6.1 nedanför illustreras påkänningarna i ett armerat tvärsnitt.

Belastningen konstruktionen är utsatt för innan förstärkningen illustreras i figur 6.1b genom den streckade linjen. I samma figur representerar den heldragna linjen konstruktionens

påkänning efter förstärkning och under belastning. 𝜀𝑢0 visar töjningen i balkens underkant vid förstärkning. 𝜀_𝑐0 och 𝜀_𝑠0 representerar töjningen i betongen respektive

underkantsarmeringen. Töjning i laminat och töjningstillskotten vid belastning betecknas med 𝜀𝑓 respektive ∆ε. 𝜀𝑐 skall som vid traditionell betongdimensionering inte överstiga 3.5 ‰. [2]

6.1.1 Överslagsberäkning

En uppskattning av hur mycket kolfiber som krävs alternativt vilket moment som får angripa en balk görs genom två förenklade formler.

𝑀𝑑 ≈ 0.9 ∙ (𝐴𝑠∙ 𝑓𝑦 ∙ 𝑑 + 𝐴𝑓∙ 𝜀𝑓∙ 𝐸𝑓∙ ℎ) (6.1) Där: 𝑀_𝑑= Momentkapacitet i brottgränstillstånd [kNm]

𝐴𝑠 = Tvärsnittsarean på armeringen [mm2] Figur 6.1. Påkänningar över ett betong-tvärsnitt innan och efter förstärkning [2]

𝑓𝑦 = Draghållfasthet för armering [MPa] 𝑑 = Effektiva höjden hos tvärsnittet [mm] 𝐴_𝑓 = Tvärsnittsarean på kolfibern [mm2_]

𝜀𝑓 = Töjningsgräns för kolfiber [‰]

𝐸_𝑓 = Elasticitetsmodul för kolfiber [GPa]

ℎ = Höjden på tvärsnittet [mm]

För att däremot räkna fram tvärsnittsarean för kolfiberkompositen om momentet är givet gäller följande förenklade formel:

𝐴_𝑓 ≈

𝑀𝑑

0.9 − 𝐴𝑠 ∙𝑓𝑦∙𝑑

𝜀𝑓∙𝐸𝑓 ∙ℎ (6.2)

Ekvation (6.1) och (6.2) ger en översiktlig dimensionering. Detta kan vara till nytta när målet är att uppskatta vilken mängd material som krävs för att förstärka konstruktionen och därefter kunna lämna ett ungefärligt pris till en eventuell beställare.

Det rekommenderas att använda sig även av den noggrannare beräkningsgången samt att undersöka förankringslängder och brottmoder. [2]

6.1.2 Överskådlig dimensionering

I beräkningsgången nedanför tas det inte hänsyn till eventuell tryckarmering. I de fall där 𝑤 ≤ 𝑤𝑏𝑎𝑙 kan följande beräkningsgång följas för att uppskatta den erforderliga

tvärsnittsarean.

Ett fenomen som kan uppstå vid kompositförstärkta konstruktioner är intermediära sprickbildningar. Detta uppstår då töjningen på kolfibern inte kan utnyttjas fullt ut och det skapas istället horisontella sprickor i betongen längs laminatets riktning. För att ta hänsyn till den så kallade intermediära sprickbildningen skall töjningen begränsas enligt:

𝜀_{𝑓𝑑,𝑖𝑐}= 0.41√ 𝑓𝑐𝑑

𝑛𝐸𝑓𝑡𝑓 (6.3)

Där: 𝑓𝑐𝑑 = Dimensionerande tryckhållfasthet för betongen [MPa] 𝑛 = Antal lager kolfiber

𝐸_𝑓 = Elasticitetsmodul [GPa]

Därefter beräknas tryckzonshöjden 𝑥 som även kan ses i figur 6.1. 𝑥 =𝐴𝑠∙𝑓𝑦+𝜀𝑓∙𝐸𝑓∙𝐴𝑓

𝜂∙𝑓𝑐𝑑∙𝑏 (6.4)

Där: 𝐴𝑠 = Tvärsnittsarean på armeringen [mm2]

𝑓𝑦 = Draghållfasthet för armering [MPa]

𝐴_𝑓 = Tvärsnittsarean på kolfibern [mm2_]

𝜀_𝑓 = Töjningsgräns för kolfiber [‰]

𝐸_𝑓 = Elasticitetsmodul [GPa]

𝑓_𝑐𝑑 = Dimensionerande tryckhållfasthet för betongen [MPa] 𝜂 = Väljs till 1.0 för betong 𝑓𝑐𝑘 ≤ 50 𝑀𝑃𝑎

𝑏 = Bredd på tvärsnitt [mm]

Med hjälp av den beräknade tryckzonshöjden kan momentkapacitet räknas ut med följande formel. Beteckningen 𝜆 är som 𝜂 en parameter som väljs eller räknas ut utifrån den

betongkvalitet tvärsnittet är gjord av. För betong 𝑓𝑐𝑘 ≤ 50 𝑀𝑃𝑎 sätts 𝜆 = 0.8. För att räkna ut momentkapaciteten för den förstärkta konstruktionen gäller följande formel.

𝑀 = 𝐴_𝑠 ∙ 𝑓_𝑦∙ (𝑑 −𝜆

2𝑥) + 𝜀𝑓∙ 𝐸𝑓∙ 𝐴𝑓∙ (ℎ − 𝜆

2𝑥) (6.5)

I ett fall där det dimensionerande momentet är satt kan tvärsnittsarean på kolfiberkompositen räknas ut med hjälp av en omskrivning av ekvation (6.5).

𝐴_𝑓 =𝑀𝑑−𝐴𝑠∙𝑓𝑦∙(𝑑− 𝜆 2𝑥) 𝜀𝑓∙𝐸𝑓∙(ℎ−𝜆₂𝑥) (6.6) 6.1.3 Detaljerad tvärsnittsanalys

För att undvika betongstukningen i en situation där ett balanserat tvärsnitt inte kan uppnås krävs en noggrannare dimensioneringsprocess. De brottmoder som uppstår i

brottgränstillstånd vid en kompositförstärktbalk beskrivs systematiskt enligt Professor Täljsten. [2]

Figur 6.2 redovisar brottmoder för en kompositförstärkt betongbalk. Varje brott är numrerat och hänvisas

1. Tryckbrott i betongen

2. Flyttning i dragarmeringen (behöver ej vara en brottmod) 3. Flyttning i tryckarmeringen (behöver ej vara en brottmod) 4. Dragbrott i laminatet

5. Interlaminär sprickbildning, vidhäftningsbrott

6. Fläkbrott vid ände på komposit, omfattar även eventuellt interlaminärt brott i kompositen

7. Fläkbrott vid ände på komposit, omfattar även eventuellt interlaminärt brott i kompositen

6.1.3.1 Brukgränstillstånd

Töjningen och krypningen i betongen är två olika fenomen som tas hänsyn till i

brukgränstillstånd. Detta på grund av de stora deformationer som eventuellt uppstår vid påtagliga laster. Den effektiva e-modulen, 𝐸_{𝑐,𝑒𝑓𝑓}, beräknas på följande sätt:

𝐸𝑐,𝑒𝑓𝑓 = 𝐸𝑐

1+𝜑 (6.7)

Där: 𝐸_𝑐 = Elasticitetsmodul för betongen [GPa] 𝜑 = Kryptal

Tabell 6.1. Kryptal vid olika slag av miljöer [20]

Miljö RH % φ

Inomhus i uppvärmda lokaler 55 3

Normalt utomhus samt inomhus i icke uppvärmda lokaler 75 2

Mycket fuktig miljö ≥ 95 1

I tabell 6.1 visas kryptalets variation i olika slag av miljöer för en vanlig betong. [20] α = 𝐸𝑠

𝐸𝑐,𝑒𝑓𝑓 (6.8)

Där: 𝐸𝑠 = Elasticitetsmodul för armeringen [GPa] α = Förhållandet mellan e-modulerna [%]

Enligt EC2 är tvärsnittet sprucket om böjdragspänningen är större än 𝑓𝑐𝑡𝑚,𝑓𝑙. Där formeln lyder:

𝑓_{𝑐𝑡𝑚,𝑓𝑙} = max{(1.6 − ℎ

1000) 𝑓𝑐𝑡𝑚, 𝑓𝑐𝑡𝑚} (6.9) Där: 𝑓_{𝑐𝑡𝑚,𝑓𝑙} = Böjdraghållfasthetens medelvärde [MPa]

För att beräkna spänningarna i tvärsnittets överkant respektive underkant blir beräkningsgången enligt följande:

𝑦₀ =

𝑏ℎ2

2 +(𝛼𝑠−1)𝐴𝑠𝑑

𝑏ℎ+(𝛼𝑠−1)𝐴𝑠 (6.10)

Notering: formel (6.10) gäller endast rektangulära tvärsnitt.

Där: 𝑦₀ = Avstånd till tyngdpunkten av idealt tvärsnitt från överkant [m] Nästa steg i beräkningsgången blir att beräkna påkänningarna 𝜎_𝑐ö𝑘 och 𝜎_𝑐𝑢𝑘:

𝜎_𝑐ö𝑘 = 𝑀0

𝐼𝑐+𝛼𝑠𝐼𝑠𝑦0 (6.11)

𝜎_𝑐𝑢𝑘 = 𝑀0

𝐼𝑐+𝛼𝑠𝐼𝑠(ℎ − 𝑦0) (6.12)

Där: 𝜎𝑐ö𝑘 = Största påkänning i överkant av tvärsnittet [MPa] 𝜎_𝑐𝑢𝑘 = Största påkänning i underkant av tvärsnittet [MPa] 𝐼𝑐 = Tröghetsmomentet för betong [mm4] 𝐼_𝑐 = Tröghetsmomentet för stål [mm4_]

Stålarmeringens spänning, 𝜎𝑠, har formeln som lyder: 𝜎_𝑠 = 𝛼_𝑠 𝑀0

𝐼𝑐+𝛼𝑠𝐼𝑠(𝑑 − 𝑦0) (6.13)

I ett armerat tvärsnitt som inte spruckit räknas töjningen i överkant respektive underkant med: 𝜀𝑐ö𝑘 =

𝜎𝑐ö𝑘

𝐸𝑐,𝑒𝑓𝑓 (6.14)

𝜀_𝑐𝑢𝑘 = 𝜎𝑐𝑢𝑘

𝐸𝑐,𝑒𝑓𝑓 (6.15)

Vid sprucket tvärsnitt, Stadium II

I ett fall där 𝜎𝑐𝑢𝑘 > 𝑓𝑐𝑡𝑚,𝑓𝑙 är tvärsnittet sprucket och befinner sig i stadium II. Detta leder till en förskjutning av tyngdpunkten i det neutrala planet som påverkar tröghetsmomentet. Den nya tryckzonshöjden, 𝑥, ges av följande andragradsekvation:

𝑥2₊2𝛼𝑠𝐴𝑠

𝑏 𝑥 − 2𝛼𝑠𝐴𝑠𝑑

𝑏 = 0 (6.16)

𝐼_𝑠𝐼𝐼 =𝑏𝑥3 12 + 𝑏𝑥 ( 𝑥 2) 2 + 𝛼_𝑠𝐴_𝑠(𝑑 − 𝑥)2 _(6.17)

Det nya tröghetsmomentet införs i ekvationerna (6.11) och (6.12). 6.1.3.2 Brottgränstillstånd

I brottgränstillstånd dimensioneras kolfiber utifrån två fall, stukning i betong och brott i kompositen.

Stukning i betong

Stukning i betongen förekommer när 𝑤 > 𝑤_𝑏𝑎𝑙 , då tvärsnittet är överarmerat. Vid uppnådd flytgräns av dragarmering gäller följande formel för jämnviktssamband:

𝜆𝑓𝑐𝑑𝑏𝑥 = 𝐴𝑠𝑓𝑦+ ( ℎ−𝑥

𝑥 𝜀𝑐𝑢𝑘− 𝜀𝑢0) 𝐸𝑓𝐴𝑓 (6.18)

Där: λ = Väljs till 0.8 vid betong med 𝑓𝑐𝑘 < 50 𝑀𝑃𝑎

I formel (6.18) behöver 𝑥 beräknas fram genom följande andragradsekvation:

𝐴𝑥2+ 𝐵𝑥 + 𝐶 = 0 (6.19) Där ekvationssystemet lyder: 𝐴 = 𝜆𝑓𝑐𝑑𝑏 𝐵 = 𝐴𝑠𝑓𝑦+ (𝜀𝑐𝑢𝑘+ 𝜀𝑢0)𝐸𝑓𝐴𝑓 𝐶 = −𝜀_𝑐𝑢𝑘𝐸_𝑓𝐴_𝑓ℎ } (6.20)

Armeringstöjningen. 𝜀𝑠, ges genom följande beräkning: 𝜀_𝑠 = 𝜀_𝑐(𝑑

𝑥− 1) (6.21)

Om beräkningen ger 𝜀_𝑠 <𝑓𝑦

𝐸𝑠 skall draghållfastheten för armeringen, 𝑓𝑦, ersättas med

armeringsspänningen, 𝜎_𝑠, i ekvation (6.18), (6.20), (6.23) och (6.24). 𝜎_𝑠 beräknas:

𝜎_𝑠 = 𝜀_𝑠𝐸_𝑠 (6.22)

Slutligen kan momentkapaciteten respektive kompositarean beräknas enligt: 𝑀 = 𝐴_𝑠𝑓_𝑦(𝑑 −𝜆 2𝑥) + ( ℎ−𝑥 𝑥 𝜀𝑐𝑢𝑘 − 𝜀𝑢0) 𝐸𝑓𝐴𝑓(ℎ − 𝜆 2𝑥) (6.23) 𝐴_𝑓 = 𝑀−𝐴𝑠𝑓𝑦(𝑑− 𝜆 2𝑥) (ℎ−𝑥_𝑥 𝜀𝑐𝑢𝑘−𝜀𝑢0)𝐸𝑓(ℎ− 𝜆 2𝑥) (6.24)

Brott i komposit

Till skillnad från stukningens beräkningsgång uppstår brott i komposit när 𝑤 < 𝑤_𝑏𝑎𝑙. Enligt figur 6.3 kan tryckzonshöjden, 𝑥, beräknas genom:

𝑥 =𝐴𝑠𝑓𝑦+𝜀𝑓𝐸𝑓𝐴𝑓

𝜂𝑓𝑐𝑑𝑏𝜆 (6.25)

Stukning i betongen bör kontrolleras, detta görs för att försäkra att 𝜀𝑐 < 𝜀𝑐𝑢. Om kravet ej uppfylls skall beräkningen av stukning i betong vidtas. Kontrollen utförs med beräkningen:

𝜀_𝑐 = 𝜀𝑓+𝜀𝑐𝑢𝑘

(ℎ_𝑥−1) (6.26)

Även här behöver ekvationen (6.21) beräknas för att undersöka om kravet av flytning i dragarmeringen är uppfyllt. Om ekvationen inte uppfyller kravet 𝜀_𝑠 ≥𝑓𝑦

𝐸𝑠 ersätts 𝑓𝑦 i

ekvationen (6.25) med 𝜎_𝑠. Armeringsspänningen beräknas enligt tidigare ekvation (6.22) Slutligen kan momentkapaciteten respektive kompositarean i brottgränstillstånd beräknas enligt: 𝑀 = 𝐴_𝑠𝑓_𝑦(𝑑 −𝜆 2𝑥) + 𝜀𝑓𝐸𝑓𝐴𝑓(ℎ − 𝜆 2𝑥) (6.27) 𝐴_𝑓 =𝑀−𝐴𝑠𝑓𝑦(𝑑− 𝜆 2𝑥) 𝜀𝑓𝐸𝑓(ℎ−𝜆₂𝑥) (6.28) 6.1.4 Förankring av komposit

För att en förstärkning skall kunna utnyttjas i en konstruktion måste kompositen vara förankrad/limmad på ett sådant sätt att dess kapacitet överförs till konstruktionen. För att försäkra sig att en kompositförstärkning är dimensionerad på rätt sätt krävs att en

förankringskontroll görs. Detta utförs i princip på samma sätt som för förankring av armering. Hänsyn tas till tvärkraften som orsakar sneda sprickor och gör att dragkraftskurvan förskjuts en sträcka 𝑎𝑙 mot upplaget från momentkurvan. Förutsatt att lutningen på byglarna är 90ᵒ och att sprickornas lutning är 45ᵒ ges förskjutningens sträcka 𝑎_𝑙 av följande utryck:

𝑎_𝑙= 0.45𝑑 (6.29) Som figur 6.4 indikerar, är det icke böj-spruckna området det snittet som blir

dimensionerande. Vid detta snitt, alltså vid den yttersta sprickan är spänningen i betongen, 𝜎_𝑐, lika med den böjdraghållfastheten som kan utnyttjas i brottgränstillstånd, 𝑓_𝑐𝑏 som ges av följande uttryck:

𝑓_𝑐𝑏 = 𝑘𝑓𝑐𝑡

𝜉 (6.30)

Där: 𝐾 = 0.6 + 0.4ℎ−0.25 _{≥ 1}

ℎ = totala tvärsnittshöjd [m]

𝑓_𝑐𝑡 = dimensionerande draghållfasthetsvärde [MPa] 𝜁 = spricksäkerhetsfaktor enligt BBK 04. [20]. [MPa]

Dragkraften som orsakas av momentet som verkar på konstruktionen kommer fördela sig på den befintliga dragarmeringen och den pålimmande kompositen enligt följande formler:

𝐹𝑓𝑎= 𝑀𝑥𝑎/0.9ℎ 1+𝐸𝑠𝐴𝑠 𝐸𝑓𝐴𝑓 ∙ ( 𝑑 ℎ) 2 (6.31) 𝐹_𝑓𝑏 = 𝑀𝑥𝑎 0.9ℎ− 𝐹𝑠∙ 𝑑 ℎ (6.32)

Där: 𝐹𝑠 = maximala kraften som kan överföras i stålarmeringen m.h.t. spänningsnivån 𝑓_𝑠𝑡 eller den tillgängliga förankringen.

Det största värdet som fås antigen av formel (6.31) eller (6.32) indikerar den erforderliga kraften i kolfibern. Denna kraft skall inte överstiga 𝐹_𝑓,𝑒 som ges av ekvation (6.33), om villkoret inte uppfylls, kan antigen förankringspunkten flyttas eller välja ett större tvärsnitt på kompositen. 𝐹_𝑓,𝑒= 𝜀_𝑓,𝑥𝐴_𝑓𝐸_𝑓 (6.33) Där töjningen 𝜀_𝑓,𝑥 : 𝜀𝑓,𝑥 ≤ √ 2𝐺𝑓 𝐸𝑓𝑡𝑓 (6.34) Där: 𝐺_𝑓= 0.03 𝑘_𝑏√𝑓_𝑐𝑘𝑓_𝑐𝑡𝑚 (6.35)

Formfaktorn 𝑘𝑏 är faktorn som beskriver förhållandet mellan den förstärkta ytan på konstruktionen och den icke förstärkta ytan. Detta värde fås av:

𝑘_𝑏= √2−𝑏𝑓/𝑏

1+𝑏𝑓/𝑏 ≥ 1.0 (6.36)

I ekvation (6.36) står 𝑏_𝑓 för bredden på kompositen medans 𝑏 är bredden på tvärsnittet. Förhållandet mellan dessa två skall vara ≥ 0.33, om detta villkor inte uppfylls bör 𝑏𝑓

𝑏 sättas till 0.33.

Till sist beräknas den optimala förankringslängden 𝑙_𝑒𝑓 med följande uttryck: 𝑙_𝑒𝑓= √𝐸𝑓𝑡𝑓

2 𝑓𝑐𝑡𝑚 (6.37)

Där: 𝐸_𝑓 = Elasticitetsmodulen hos kompositen [GPa]

𝑡𝑓 = Tjockleken hos kompositen [mm]

𝐹_𝑐𝑡𝑚 = Betongens draghållfasthets medelvärde [MPa]

Om förankringslängden som fås ur ekvation (6.37) inte går att uppfylla av praktiska skäl skall mekanisk förankring användas. Enligt Bo Westerberg [6] och Björn Täljsten [2]

rekommenderas dock en förankringslängd på minst 250 mm.

6.1.5 Fläkspänningar

Förankringslängden som beräknas enligt tidigare avsnitt påverkar de fläkkrafter som uppstår vid ände av kompositen. Enligt Bo Westerberg [6] bör kontroll av skjuv- och fläkspänningar göras endast om avståndet från bandets ände till centrum av upplaget överstiger 100 mm. Fläkspänningar delas upp i skjuv- och normalspänningar. Krafterna är omfattande att beräkna och många olika modeller har presenterats de senaste 20 åren. Täljsten har tagit fram ett förenklat betraktelsesätt som ligger på den säkra sidan. Här uttrycks den maximala

skjuvspänningen för en godtyckligt placerad punktlast respektive en utbredd last med följande formler: 𝜏𝑚𝑎𝑥 = 𝑃 𝐺𝑎(2𝑙+𝑎−𝑏𝑝)(𝑎𝜆2+1) 2 𝑠𝐸𝑐𝑊𝑐(𝑎+𝑙) 𝜆𝑏2 (6.38) 𝜏_𝑚𝑎𝑥 = 𝑄 𝐺𝑎(𝑎2+2𝑎𝑙) 𝜆𝑏+𝑙 2 𝑠𝐸𝑐𝑊𝑐 𝜆𝑏2 (6.39) Där: 𝜆_𝑏2 = 𝐺𝑎𝑏𝑓 𝑠 ( 1 𝐸𝑓𝐴𝑓+ 1 𝐸𝑐𝐴𝑐+ 𝑍0 𝐸𝑐𝑊𝑐) (6.40)

Parametern 𝑎, alltså avståndet från bandets ände till centrum av upplaget, påverkar

skjuvspänningen. Om förutsättningarna tillåter det skall 𝑎-måttet inte överstiga 100mm för att hålla spänningarna så låga som möjligt.

Vid snitt 𝑎 kan momentet beräknas och därefter spänningen i botten på tvärsnittet enligt: 𝜎_𝑥 = 𝑀𝑥(𝑎)

𝐼 (ℎ − 𝑦0) (6.41)

Där 𝐼 är tröghetsmomentet antigen i stadium I eller stadium II, beroende på om tvärsnittet är sprucket eller inte. Tröghetsmomenten i stadium I, 𝐼𝑠𝐼, samt stadium II, 𝐼_𝑠𝐼𝐼, för en betongsektion med höjden ℎ och bredden 𝑏 beräknas enligt följande:

𝐼_𝑠𝐼 = 𝑏ℎ3 12 + 𝑏ℎ (𝑦0− ℎ 2) 2 + (𝛼_𝑠− 1)𝐴_𝑠(𝑑 − 𝑦₀)2_{+ 𝛼} 𝑓 𝐴𝑓 (𝑑𝑓− 𝑦0) 2 (6.42) 𝐼_𝑠𝐼𝐼 = 𝑏𝑥3 12 + 𝑏ℎ ( 𝑥 2) 2 + 𝛼_𝑠𝐴_𝑠(𝑑 − 𝑥)2_{+ 𝛼} 𝑓 𝐴𝑓 (𝑑𝑓− 𝑥) 2 (6.43)

Genom att förenkla beräkningarna och sätta den maximala skjuvspänningen 𝜏_𝑚𝑎𝑥 = 𝜏_𝑥𝑦 = 𝜎_𝑦 kan huvudspänningarna uttryckas enligt:

𝜎₁ = 𝜎𝑥+𝜎𝑦 2 + √[( 𝜎𝑥−𝜎𝑦 2 ) 2 + 𝜏_𝑥𝑦2 _{] (6.44)}

6.1.6 Sika Carbodur FRP Design Software

Beräkningsgången finns även tillgänglig att utföra med hjälp av Sikas beräkningsprogram. Framtagen för att enkelt kunna beräkna dimensioneringen av kolfiberbanden som behövs för böjhållfasthetsförstärkning, skjuvhållfasthetsförstärkning och för inneslutna pelare.

Programmet är tillgängligt för allmänheten och kan enkelt laddas ner på en persondator. I denna studie kommer inte programmet att användas utan beräkningen kommer ske manuellt för hand.

6.2 Pågjutning

6.2.1 Skjuvspänningar

Att genomföra en pågjutning kan vara ett relativt omfattande arbete. Innan betongen skall gjutas på den gamla konstruktionen skall det kontrolleras om tillräcklig samverkan mellan plattorna går att åstadkomma för att motstå skjuvspänningarna. Den största risken är att fogen spricker när bärlagret belastas då horisontella skjuvspänningar i fogplanet uppstår. Detta skulle innebära en förskjutning mellan plattorna och därmed en förlorad samverkan som i slutändan leder till en avsevärt mindre styv konstruktion [21]. Figur 6.5 redovisar

spänningarna som uppstår mellan den gamla plattan och den nygjutna betongplattan.

𝜏 : Fogskjuvspänningen 𝜎 : Normalspänningen 𝑤 : vertikala separationen 𝑠 : horisontella förskjutningen

Komplikationer under beräkningsgången kan uppstå då skjuvspänningen varierar i fogen och förskjutningen är beroende av betongelementen. Detta kan förklaras med Jourawskis formel som beskriver den horisontella skjuvspänningen med följande uttryck:

𝜏𝑠𝑑(𝜉) =

𝑉𝑠𝑑 𝑆(𝜉)

𝐼 𝑏 (6.45)

Där: 𝜉 = höjden

𝑆 = statiska ytmomentet

Kortfattat kan principen förklaras med figur 6.6. Till vänster i figuren ligger konstruktionerna på varandra och är belastade med en centrisk punktlast 𝑃. I detta fall kommer böjningen ske på respektive medellinjer och om friktionen är försumbar uppstår det inga skjuvspänningar. I

Figur 6.5. Spänningar mellan befintlig och ny betong [21]

konstruktionen till höger uppnås en samverkan mellan de två lagren som kan vara ihopsatta med lim, dubbar eller liknande. I detta fall skapas det skjuvspänningar som eventuella dubbar måste klara för att konstruktionen ska arbeta som en balk och böja kring hela tvärsnittets medellinje. [22]

Skjuvspänningen i fogen mellan två homogena rektangulära tvärsnitt enligt figur 6.7 ges av:

𝜏_𝑠𝑑 = 6 𝑉𝑠𝑑

𝑏 [ 𝐻1𝐻2

𝐻3 ] (6.46)

Betongtvärsnitt kan dock inte behandlas som homogena och tvärsnittet måste anses vara sprucket. Detta medför att skjuvspänningen, 𝜏𝑠𝑑, som dimensionerar eventuella dubbar ges av ekvation (6.47). 𝜏𝑠𝑑 = 𝑉𝑠𝑑 𝑏𝑧 (6.47) Där: 𝑉𝑠𝑑 = Tvärkraften 𝑏 = bredden på tvärsnittet 𝑧 = inre hävarm 6.2.2 Böjmomentkapaciteten

Genom att utföra en pågjutning på en gammal konstruktion ökas den inre hävarmen 𝑧 vilket Figur 6.6. Princip om samverkan konstruktion. [22]

Figur 6.7. Skjuvning i fogen mellan två homogena rektangulära element

resulterar i att konstruktionens momentkapacitet ökar enligt följande överslagsformel:

𝑀𝑒𝑑 = 𝑧 𝐴𝑠𝑓𝑦𝑑 (6.48)

Där: 𝑧 = 0.9 𝑑

𝑑 = effektiva höjden hos tvärsnittet

Ekvation (6.48) förutsätter att flytning i armering är uppnådd, dvs att 𝜎_𝑠 = 𝑓_𝑠𝑡 samt att tvärsnittet är normalarmerat.

6.3 Stålförstärkning

En underdimensionerad konstruktion eller ett byggnadsverk som skall belastas med ytterligare last måste förstärkas. I dagsläget är stålförstärkningar en vanlig förstärkningsmetod och då i form av avväxlingsbalkar eller plattstål som kräver dimensioneringsberäkningar. [23] När stålkonstruktioner dimensioneras sker det i brottgränstillstånd som ger upphov till plastiska deformationer i ståltvärsnitten. När stöd- och fältmoment bestäms för en

kontinuerlig balk gäller elasticitetsteorin. För att dessutom ta hänsyn till lokal buckling har stålkonstruktioner delats in i olika tvärsnittsklasser, TK. [23]

6.3.1 Böjmomentkapaciteten

Det som oftast är dimensionerande för en stålbalk är böjmomentet. Momentet som bildas av lasten verkande på konstruktionen ger upphov till en böjning. Enligt normer skall böjningen inte överskrida förbestämda värden. [23]

Beroende på tvärsnittsklass räknas böjmomentkapaciteten ut enligt: TK 1-2 𝑀_{𝑝𝑙,𝑅𝑑} = 𝑊𝑝𝑙 𝑓𝑦

𝛾𝑀0 (6.49)

TK 3 𝑀_{𝑒𝑙,𝑅𝑑} = 𝑊𝑒𝑙,𝑚𝑖𝑛 𝑓𝑦

𝛾𝑀0 (6.50)

Där: 𝑊_𝑝𝑙 = tvärsnittets plastiska böjmotstånd

𝑊_{𝑒𝑙,𝑚𝑖𝑛} = tvärsnittets plastiska böjmotstånd med hänsyn på den fiber som har störst elastisk spänning

𝑓_𝑦 = Nominellt hållfasthetsvärde

𝛾_𝑀0 = Partialkoefficienten vid beräkning av bärförmåga

däremot böjmomentkapaciteten skall beräknas för ett rektangulärt plattstål med höjden ℎ och bredden 𝑏 gäller följande beräkningsgång:

𝑀𝑝𝑙,𝑅𝑑 = 𝜂 𝑊𝑒𝑙 𝑓𝑦 𝛾𝑀0 = 𝑊𝑝𝑙 𝑓𝑦 𝛾𝑀0 (6.51) Med ℎ 𝑏 ≤ 1,0 gäller: 𝜂 = 5,5− ℎ 𝑏 3 (6.52) 𝑊_𝑒𝑙= 𝑏ℎ2 6 (6.53) Med ℎ > 𝑏 gäller: 𝑊_𝑝𝑙= 𝑏ℎ2 4 (6.54)

7

Arbetsutförande

7.1 Kolfiberförstärkning

Utförande av kolfiberförstärkning innebär att arbeta med ett kompositmaterial. Detta kräver att man sammanför kolfiberlameller med epoxilimmet för att skapa kompositmaterialet. Dessa två kombineras genom att limma fast lamellerna med limmet på betongkonstruktionen som behöver förstärkas. Val av dimension av kolfiberband väljs efter beräkningar gjorda av konstruktör som ligger till grunden till förstärkningsarbetet. Epoxilimmet väljs efter vilken rumstemperatur där arbetet skall utföras. Förarbete krävs innan kolfiberbanden limmas fast på betongkonstruktionen som skall förstärkas. Den befintliga betongkonstruktionen skall slipas ner till ballasten, ungefär 1–3 mm in i betongen. Detta görs för att uppnå en bättre vidhäftning mellan betongen och epoxilimmet. Vid sliparbetet av betongen uppstår betongdamm som skall avlägsnas med borste och dammsugare, se figur 7.1. [12]

Kolfiberband levereras på rulle i varierande längder och dimensioner. Vid kapning av

kolfiberband används plåtsax eller bågfil beroende på vad som anses vara behändigast. Under kapningsmomentet skall elektrisk utrustning och elektronik skyddas mot kolfiberdamm då kolfiber har god elektrisk ledning. Efter kapning torkas lamellerna av med trasa innehållande avfettningsmedel för att avlägsna fett och kolfiberdamm. [2]

Att arbeta med epoxilim kräver en teoretisk utbildning. Detta för att veta riskerna med epoxilimmet. Personer med allergiproblem skall inte utsättas för epoxilim. Därför är det viktigt för personer som arbetar med epoxilim att använda sig av den föreskrivna

skyddsutrustningen. På arbetsplatsen skall det finnas tvättstationer för de personer som arbetar med limmet. Detta enligt arbetsmiljöverket [13] 37 e §.

Blandning av epoxilim består av två komponenter, en härdande och en bas. Vid blandning skall långärmad tröja användas tillsammans med skyddshandskar. Detta för att direkt kontakt med epoxilim kan medföra allergiska reaktioner. Blandningen sker med en borrmaskin tillsammans med en blandstav då epoxilimmet är trögarbetat. [12]

Vid applicering av limmet på kolfiberbandet användes ofta en anordning med konvext hål på Figur 7.1. Avlägsnar betongdamm med borste och dammsugare. [12]

cirka 3–6 mm beroende på bredden på kolfiberlamellerna. Detta för att enkelt och med ett jämt resultat få ut epoxilimmet på kolfiberbanden, se figur 7.2. [12]

Innan man limmar på kolfibermaterialet på betongen bör man säkerställa att betongen är torr. Betong skall vara helt uttorkat då vatten påverkar limmets torkningsförmåga. Kolfiber är ett lätt material och väger inte 100 g per meter. Kolfiberkompositen pressas fast på betongen och en gummi-roller används för att undanröja de eventuella luftbubblor som uppstått i limmet. [2]

När kolfibern är pålimmad måste lamellerna skyddas mot direkt solljus, detta för att undvika att UV-ljusets förmåga att bryta ner limmet. Det skall också skyddas mot vatten och mekanisk påtryckning. [12]

Temperaturer under 5 grader skall undvikas då detta påverkar härdandet av limmet. Vid 0 grader är härdandet helt och hållet avstannat. Man kan kringgå detta problem genom att tillföra värme och på detta sätt påskynda härdningen. Vid 20 grader härdar limmet på 24

Figur 7.2. Anordning för att jämt få ut epoxilimmet på kolfiberbandet. [12]

timmar till 80 % upp av sin fulla kapacitet. Det är vid ca 7 dagar som härdningen av limmet är klart. [11, 12]

I tabell 7.1 sammanställs de verktyg och skyddsutrustning som kolfiberarbete kräver.

Verktyg Skyddsutrustning

Borste & dammsugare Handskar

Spatel Skyddsskor

Borrmaskin med blandstav Långärmad tröja

Gummi roller Munskydd

Bågfil/plåtsax Skyddsglasögon

7.2 Pågjutning

Pågjutning som förstärkningsmetod innebär att arbeta med betong. Kvaliteten på pågjutningsbetongen skall stämma överens med kriterierna för ändamålet där det ska användas. Armeringsjärn förekommer i olika dimensioner och skall dimensioneras efter beräkningar som ligger tillgrund för pågjutningen. Dessa armeringsjärn skall finnas på plats vid gjutningstillfället. [24]

Innan den nya betongen tillsätts på motgjutningsytan krävs förarbete. Första steget är att motgjutningsytan behandlas mekaniskt. Löst liggande föremål skall avlägsnas och spår av oljespill skall spolas bort. Organiskt material, sågspån m.m., skall inte finnas på

motgjutningsytan. Armeringsjärnens yta skall rengöras från lösa partiklar med

avfettningsmedel. Förarbetet tillför en bättre vidhäftning mellan den gamla betongen och den nya. För att undvika att den gamla betongen absorberar vattnet från den nya betongen skall motgjutningsytan förvattnas. Fritt liggande vatten på ytan vid gjutningstillfället får inte förekomma. [24]

Väl när betongbilen är på plats används vanligtvis en ränna för att få betongen på plats.

Betongen fördelas på ytan och vibreras med en stavvibrator för att minska risk för luftbubblor. En för lång och kraftigvibrering kan medföra vattenseparation och stenseparation. När allt bruk är utlagt skall det låtas härda ett tag så att man kan i princip stå på den nya betongen. Därefter används en glättare för att jämna av topparna av betongen.

Det färska bruket skall skyddas mot uttorkning genom membranhärdning och/eller täckning av den färska betongen med plast. Vid brister i förvattning av motgjutningytan eller skyddet av den nya betongen mot uttorkning kan detta leda till krypning, sprickbildning eller

vidhäftning. [24]

Värt att notera är att vid pågjutning ökar man konstruktionens egenvikt. En betongblandning väger omkring 2.3–2.5 ton per kubikmeter. [18]

Sluthållfastheten nås efter ca 28 dagar för betong med byggnadscement. Tabell 7.1. Verktyg och skyddsutrustning vid arbete med kolfiber.

Se tendenskurvor i bilaga C.

I tabell 7.2 sammanställs verktyg och skyddsutrustning som krävs vid pågjutningsarbete.

Verktyg Skyddsutrustning Stavvibrator Handskar Handsloda Hjälm Skyffel Skyddsskor/stövlar Laser Skyddsglasögon Najtång Hörselskydd Glättare Reflexväst Bockningsvertyg 7.3 Stålförstärkning

Stålförstärkning innebär att arbeta med materialet stål. Stål är ett tungt material och kräver god planering för att kunna arbeta med. Beräkningar som ligger till grund för

förstärkningsarbetet avgör dimensionerna på stålförstärkningarna. Förstärkningar med stål kan variera mellan stålbalkar samt plattstål. [25, 26]

Innan man installerar stålförstärkning krävs förarbete. Installationer, ventilationstrummor och el-stegar, bör plockas ner för att skapa plats åt förstärkningsarbetet. Detta moment är

tidskrävande, enligt Jim Lärnhem på Konkret Bygg AB, och innebär att el och VVS-entreprenörer tillkallas på plats. Vid val av stålbalkar krävs det utrymme för att kunna lyfta upp de tunga komponenterna samt att det finns möjlighet att få in stålbalkarna i den befintliga byggnaden som ska förstärkas. Med tanke på att en stålbalk väger omkring 50 kilo per meter krävs en lyftkran för att utföra arbetet. Det skall även finnas avlastningspelare som balken kan ligga på. Antingen en eller flera beroende på konstruktion.

På toppen av en pelare svetsas eller bultas en topplåt fast, denna fungerar som balkupplag. Svetsningen är ett vanligt delmoment inom stålkonstruktion och kräver utbildning för att utföra. [26]

Vid stålarbeten bör projektledaren ha en passande teknisk utbildning, denna person skall vara väl bekant med regler innefattande materialet, utförandeteknik och montering av

stålkonstruktioner. [25]

Stålbalkar används vanligast som avväxlare. Det finns många leverantörer som säljer stål och kan leverera ståldelar i princip vilken storlek som helst. Stålkomponenter kommer till

arbetsplatsen klar för montage. Valsning, kapning, korrosionsbehandling m.m. sker i fabrik. [26]

Att använda sig av monteringsplan underlättar processen och ger en bättre överblick över projektet. Det handlar om att kunna påverka och förutse olika väsentliga delar i projektet som tunga lyft och hantering av material. Se tabell 7.3 för verktyg och skyddsutrustning.

Enligt BBK BSK 07 [25] skall Monteringsplanen innehålla tillämpliga uppgifter om: a) ordningsföljd vid montering

b) anordning av tillfälliga förband

c) anordning av tillfälliga stagningar och förankringar d) erforderliga monteringsställningar

e) läge för och erforderlig anordning av lyftpunkter f) beaktande av förekommande skivverkan.

Ytbehandlar kan utföras för mot korrosion och brand.

Verktyg Skyddsutrustning Lyftkran Handskar Domkraft Skyddsskor Mutterdragare Hjälm Svetsmaskin Svetshjälm Hammare skyddsglasögon